专利名称：用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置的制作方法
技术领域：
用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种用于控制立式加工机床(包括立式加工中心、立式车床、 钻床和铣床等)主轴箱热变形的新型空气冷却装置，属于机床热设计技术领域。
背景技术：
[0002]为提高机床的生产效率，主轴向着高速化大功率方向发展，主轴轴承与驱动电 机产生较大热量，导致机床部件产生不均勻的温度场从而产生热变形，热效应严重影响 机加工的精度。轴承产生的热量可以通过油气润滑的压缩空气带走，这种方式能够有效 减少传递到机床主轴箱的热量；而电机产生的热量除了自带冷却风扇吹散一部分，剩下 的大部分则通过电机端面转移到主轴箱，使得主轴箱产生不均勻的温度场，结构发生热 变形，导致主轴端面漂移。为了消除热效应对机床加工精度的影响，目前最有效的途径 是通过建立具体机床的热误差模型，预测热误差并在数控系统中实现实时补偿，但是需 要许多温度传感器及相应的数据采集系统且所建立的热误差模型不具有通用性，实施成 本很高，未得到广泛应用。[0003]相对于热误差补偿，采用冷却空气强迫对流换热，具有技术方案简单，适应性 好，维护简单等优点，可以广泛用于立式加工机床，提高其热稳定性。实用新型内容[0004]本实用新型针对立式加工机床主轴箱热态特性存在的问题，提供一种用于控制 立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，该装置通过在主轴电机外围、主轴箱 以及立柱三者之间形成循环通风道，并采用冷却风扇对驱动主轴的主轴电机和机床主轴 箱部件进行强迫空气冷却，降低主轴箱系统的温度，达到提高机床热稳定性的目的。[0005]为实现以上的技术目的，本实用新型将采取以下的技术方案[0006]一种用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，包括主轴电 机、主轴箱以及立柱，所述主轴箱上封接有罩体，所述主轴电机置于罩体内，且主轴电 机通过固定块支撑于主轴箱上，所述立柱、主轴箱以及罩体三者之间两两贯通设置，且 罩体上开设有罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇，所述冷却风扇与风扇旋 转驱动装置的输出端连接，另外，所述主轴箱上开设有主轴箱通风孔，而立柱上则开设 有立柱通风孔。[0007]进一步地，所述风扇旋转控制装置包括风扇驱动电机以及控制器，所述控制器 根据安装于机床上的温度传感器所反馈的温度信息控制风扇驱动电机的转速。[0008]进一步地，所述固定块为隔热块或者散热块。[0009]进一步地，所述冷却风扇为轴流风扇。[0010]根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果[0011]1、本实用新型通过在主轴箱上封接罩体，并将主轴电机通过固定块安装于罩 体内的主轴箱体上，同时，将立柱、主轴箱以及罩体三者之间两两贯通设置，另所述立柱、主轴箱以及罩体上皆分别开设通风孔，并在罩体上所设置的罩体通风孔处安装冷却 风扇，因此，本实用新型所述的立柱、主轴箱以及罩体三者之间形成了一个强制空气流 动的回路，能够有效地降低主轴箱温升，同时大幅度提高机床的热稳定性；[0012]2、本实用新型将主轴箱和主轴电机之间的固定块设置具有隔热(或散热)作 用，以减少主轴电机发热后向主轴箱热量传递，保证主轴箱温度分布均勻，进一步提高 机床的热稳定性；[0013]3、本实用新型所述风扇旋转控制装置包括风扇驱动电机以及控制器，所述控制 器根据安装于机床上的温度传感器所反馈的温度信息控制风扇驱动电机的转速，因此， 可以通过在机床的关键部位安装温度传感器，则根据该机床关键部位的工作温升自动调 节冷却风扇的转速，从而自动调节所述立柱、主轴箱以及罩体三者之间所形成通风道内 的风速，调节冷却速率；比如在主轴箱箱体的顶部和立柱的导轨处安装传感器，实时地 检测主轴箱体顶部和立柱导轨处的工作温度，当温度超过某一设定值时，在控制器的控 制下，冷却风扇将会启动，同时，控制器可以根据温升趋势，调节冷却风扇速度。
[0014]图1是本实用新型的结构示意图；[0015]图&是现有技术中主轴箱热变形的状态示意图；[0016]图沈是应用本实用新型所述技术方案进行冷却的主轴箱热变形的状态示意图；[0017]其中，罩体1、冷却风扇2、主轴电机3、固定块4、主轴箱5、立柱6。[0018]图中hi h9为在立柱与主轴箱上分别开设的通风孔，箭头代表冷却风扇运转后 空气的流动方向。
具体实施方式
[0019]附图非限制性地公开了本实用新型一个优选实施例的结构示意图，以下将结合 附图详细地说明本实用新型的技术方案。[0020]如图1所示，本实用新型所述用于控制立式加工机床主轴箱5热变形的新型空气 冷却装置，包括主轴电机3、主轴箱5以及立柱6，所述主轴箱5上封接有罩体1，所述 主轴电机3置于罩体1内，且主轴电机3通过固定块4支撑于主轴箱5上，所述固定块4 为隔热块或者散热块，所述立柱6、主轴箱5以及罩体1三者之间两两贯通设置，且罩体 1上开设有罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇2，所述冷却风扇2为轴流风 扇，且冷却风扇2与风扇旋转驱动装置的输出端连接，所述风扇旋转控制装置包括风扇 驱动电机以及控制器，所述控制器根据安装于机床上的温度传感器所反馈的温度信息控 制风扇驱动电机的转速；另外，所述主轴箱5上开设有主轴箱通风孔，而立柱6上则开设 有立柱通风孔。[0021]由此可知，本实用新型主轴箱5外围布置罩体1，形成封闭空间，在罩体1上端 开设罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇2，在主轴箱5适当部位开通风孔， 用隔热块将主轴电机3与主轴箱5隔开，使得主轴箱5与罩体1之间贯通，从而与罩体1 上的罩体通风孔形成通风道，同时立柱6与主轴箱5贯通连接，使空气按本项目设计的路 线流动，强迫冷却主轴电机3、主轴箱5和立柱6导轨。冷却风扇2选用轴流式风扇，其转速可根据机床关键部位的工作温升自动调节。如实时地检测主轴箱5体顶部和立柱 6导轨处的工作温度，当温度超过某一设定值，风扇将会启动，并根据温升趋势，调节风 扇速度。[0022]通过本实用新型所述的强迫空气冷却装置，能够有效地降低主轴箱5温升，大 幅度提高机床的热稳定性。另外，本实用新型所述的技术方案可用于立式加工中心、立 式车床、钻床和铣床等立式机床。[0023]以某加工中心主轴箱5为例，图&公开了现有技术中主轴箱5热变形的状态示意 图，而图2b则公开了安装本实用新型所述强迫空气冷却装置后主轴箱5热变形的状态示 意图，根据图&和图2b的对比可知，主轴箱5系统整体温升降低，主轴箱5体配合面温 度下降，使得顶面到底面间的温差明显减小，最终主轴端面的位移量降低了 20%左右。
权利要求1.一种用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，包括主轴电机、 主轴箱以及立柱，其特征在于，所述主轴箱上封接有罩体，所述主轴电机置于罩体内， 且主轴电机通过固定块支撑于主轴箱上，所述立柱、主轴箱以及罩体三者之间两两贯通 设置，且罩体上开设有罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇，所述冷却风扇 与风扇旋转驱动装置的输出端连接，另外，所述主轴箱上开设有主轴箱通风孔，而立柱 上则开设有立柱通风孔。
2.根据权利要求1所述用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，其 特征在于，所述风扇旋转控制装置包括风扇驱动电机以及控制器，所述控制器根据安装 于机床上的温度传感器所反馈的温度信息控制风扇驱动电机的转速。
3.根据权利要求1所述用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，其 特征在于，所述固定块为隔热块或者散热块。
4.根据权利要求1所述用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，其 特征在于，所述冷却风扇为轴流风扇。
专利摘要本实用新型公开了一种用于控制立式加工机床主轴箱热变形的新型空气冷却装置，包括主轴电机、主轴箱以及立柱，所述主轴箱上封接有罩体，所述主轴电机置于罩体内，且主轴电机通过固定块支撑于主轴箱上，所述立柱、主轴箱以及罩体三者之间两两贯通设置，且罩体上开设有罩体通风孔，并于该罩体通风孔处安装冷却风扇，所述冷却风扇与风扇旋转驱动装置的输出端连接，另外，所述主轴箱上开设有主轴箱通风孔，而立柱上则开设有立柱通风孔，因此，本实用新型所述的立柱、主轴箱以及罩体三者之间形成了一个强制空气流动的回路，能够有效地降低主轴箱温升，同时大幅度提高机床的热稳定性。
文档编号B23B19/00GK201807743SQ20102024948
公开日2011年4月27日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者蒋书运, 闵祥 申请人:东南大学